src/plugins/crypto_native/aes_cbc.c

   1 /*
   2  *------------------------------------------------------------------
   3  * Copyright (c) 2019 Cisco and/or its affiliates.
   4  * Licensed under the Apache License, Version 2.0 (the "License");
   5  * you may not use this file except in compliance with the License.
   6  * You may obtain a copy of the License at:
   7  *
   8  *     http://www.apache.org/licenses/LICENSE-2.0
   9  *
  10  * Unless required by applicable law or agreed to in writing, software
  11  * distributed under the License is distributed on an "AS IS" BASIS,
  12  * WITHOUT WARRANTIES OR CONDITIONS OF ANY KIND, either express or implied.
  13  * See the License for the specific language governing permissions and
  14  * limitations under the License.
  15  *------------------------------------------------------------------
  16  */
  17
  18 #include <vlib/vlib.h>
  19 #include <vnet/plugin/plugin.h>
  20 #include <vnet/crypto/crypto.h>
  21 #include <crypto_native/crypto_native.h>
  22 #include <vppinfra/crypto/aes_cbc.h>
  23
  24 #if __GNUC__ > 4  && !__clang__ && CLIB_DEBUG == 0
  25 #pragma GCC optimize ("O3")
  26 #endif
  27
  28 #if defined(__VAES__) && defined(__AVX512F__)
  29 #define N                 16
  30 #define u8xN              u8x64
  31 #define u32xN             u32x16
  32 #define u32xN_min_scalar  u32x16_min_scalar
  33 #define u32xN_is_all_zero u32x16_is_all_zero
  34 #define u32xN_splat       u32x16_splat
  35 #elif defined(__VAES__)
  36 #define N                 8
  37 #define u8xN              u8x32
  38 #define u32xN             u32x8
  39 #define u32xN_min_scalar  u32x8_min_scalar
  40 #define u32xN_is_all_zero u32x8_is_all_zero
  41 #define u32xN_splat       u32x8_splat
  42 #else
  43 #define N                 4
  44 #define u8xN              u8x16
  45 #define u32xN             u32x4
  46 #define u32xN_min_scalar  u32x4_min_scalar
  47 #define u32xN_is_all_zero u32x4_is_all_zero
  48 #define u32xN_splat       u32x4_splat
  49 #endif
  50
  51 static_always_inline u32
  52 aes_ops_enc_aes_cbc (vlib_main_t * vm, vnet_crypto_op_t * ops[],
  53                      u32 n_ops, aes_key_size_t ks)
  54 {
  55   crypto_native_main_t *cm = &crypto_native_main;
  56   int rounds = AES_KEY_ROUNDS (ks);
  57   u8 placeholder[8192];
  58   u32 i, j, count, n_left = n_ops;
  59   u32xN placeholder_mask = { };
  60   u32xN len = { };
  61   vnet_crypto_key_index_t key_index[N];
  62   u8 *src[N] = { };
  63   u8 *dst[N] = { };
  64   u8xN r[4] = {};
  65   u8xN k[15][4] = {};
  66
  67   for (i = 0; i < N; i++)
  68     key_index[i] = ~0;
  69
  70 more:
  71   for (i = 0; i < N; i++)
  72     if (len[i] == 0)
  73       {
  74         if (n_left == 0)
  75           {
  76             /* no more work to enqueue, so we are enqueueing placeholder buffer */
  77             src[i] = dst[i] = placeholder;
  78             len[i] = sizeof (placeholder);
  79             placeholder_mask[i] = 0;
  80           }
  81         else
  82           {
  83             u8x16 t = aes_block_load (ops[0]->iv);
  84             ((u8x16 *) r)[i] = t;
  85
  86             src[i] = ops[0]->src;
  87             dst[i] = ops[0]->dst;
  88             len[i] = ops[0]->len;
  89             placeholder_mask[i] = ~0;
  90             if (key_index[i] != ops[0]->key_index)
  91               {
  92                 aes_cbc_key_data_t *kd;
  93                 key_index[i] = ops[0]->key_index;
  94                 kd = (aes_cbc_key_data_t *) cm->key_data[key_index[i]];
  95                 for (j = 0; j < rounds + 1; j++)
  96                   ((u8x16 *) k[j])[i] = kd->encrypt_key[j];
  97               }
  98             ops[0]->status = VNET_CRYPTO_OP_STATUS_COMPLETED;
  99             n_left--;
 100             ops++;
 101           }
 102       }
 103
 104   count = u32xN_min_scalar (len);
 105
 106   ASSERT (count % 16 == 0);
 107
 108   for (i = 0; i < count; i += 16)
 109     {
 110 #if defined(__VAES__) && defined(__AVX512F__)
 111       r[0] = u8x64_xor3 (r[0], aes_block_load_x4 (src, i), k[0][0]);
 112       r[1] = u8x64_xor3 (r[1], aes_block_load_x4 (src + 4, i), k[0][1]);
 113       r[2] = u8x64_xor3 (r[2], aes_block_load_x4 (src + 8, i), k[0][2]);
 114       r[3] = u8x64_xor3 (r[3], aes_block_load_x4 (src + 12, i), k[0][3]);
 115
 116       for (j = 1; j < rounds; j++)
 117         {
 118           r[0] = aes_enc_round_x4 (r[0], k[j][0]);
 119           r[1] = aes_enc_round_x4 (r[1], k[j][1]);
 120           r[2] = aes_enc_round_x4 (r[2], k[j][2]);
 121           r[3] = aes_enc_round_x4 (r[3], k[j][3]);
 122         }
 123       r[0] = aes_enc_last_round_x4 (r[0], k[j][0]);
 124       r[1] = aes_enc_last_round_x4 (r[1], k[j][1]);
 125       r[2] = aes_enc_last_round_x4 (r[2], k[j][2]);
 126       r[3] = aes_enc_last_round_x4 (r[3], k[j][3]);
 127
 128       aes_block_store_x4 (dst, i, r[0]);
 129       aes_block_store_x4 (dst + 4, i, r[1]);
 130       aes_block_store_x4 (dst + 8, i, r[2]);
 131       aes_block_store_x4 (dst + 12, i, r[3]);
 132 #elif defined(__VAES__)
 133       r[0] = u8x32_xor3 (r[0], aes_block_load_x2 (src, i), k[0][0]);
 134       r[1] = u8x32_xor3 (r[1], aes_block_load_x2 (src + 2, i), k[0][1]);
 135       r[2] = u8x32_xor3 (r[2], aes_block_load_x2 (src + 4, i), k[0][2]);
 136       r[3] = u8x32_xor3 (r[3], aes_block_load_x2 (src + 6, i), k[0][3]);
 137
 138       for (j = 1; j < rounds; j++)
 139         {
 140           r[0] = aes_enc_round_x2 (r[0], k[j][0]);
 141           r[1] = aes_enc_round_x2 (r[1], k[j][1]);
 142           r[2] = aes_enc_round_x2 (r[2], k[j][2]);
 143           r[3] = aes_enc_round_x2 (r[3], k[j][3]);
 144         }
 145       r[0] = aes_enc_last_round_x2 (r[0], k[j][0]);
 146       r[1] = aes_enc_last_round_x2 (r[1], k[j][1]);
 147       r[2] = aes_enc_last_round_x2 (r[2], k[j][2]);
 148       r[3] = aes_enc_last_round_x2 (r[3], k[j][3]);
 149
 150       aes_block_store_x2 (dst, i, r[0]);
 151       aes_block_store_x2 (dst + 2, i, r[1]);
 152       aes_block_store_x2 (dst + 4, i, r[2]);
 153       aes_block_store_x2 (dst + 6, i, r[3]);
 154 #else
 155 #if __x86_64__
 156       r[0] = u8x16_xor3 (r[0], aes_block_load (src[0] + i), k[0][0]);
 157       r[1] = u8x16_xor3 (r[1], aes_block_load (src[1] + i), k[0][1]);
 158       r[2] = u8x16_xor3 (r[2], aes_block_load (src[2] + i), k[0][2]);
 159       r[3] = u8x16_xor3 (r[3], aes_block_load (src[3] + i), k[0][3]);
 160
 161       for (j = 1; j < rounds; j++)
 162         {
 163           r[0] = aes_enc_round (r[0], k[j][0]);
 164           r[1] = aes_enc_round (r[1], k[j][1]);
 165           r[2] = aes_enc_round (r[2], k[j][2]);
 166           r[3] = aes_enc_round (r[3], k[j][3]);
 167         }
 168
 169       r[0] = aes_enc_last_round (r[0], k[j][0]);
 170       r[1] = aes_enc_last_round (r[1], k[j][1]);
 171       r[2] = aes_enc_last_round (r[2], k[j][2]);
 172       r[3] = aes_enc_last_round (r[3], k[j][3]);
 173
 174       aes_block_store (dst[0] + i, r[0]);
 175       aes_block_store (dst[1] + i, r[1]);
 176       aes_block_store (dst[2] + i, r[2]);
 177       aes_block_store (dst[3] + i, r[3]);
 178 #else
 179       r[0] ^= aes_block_load (src[0] + i);
 180       r[1] ^= aes_block_load (src[1] + i);
 181       r[2] ^= aes_block_load (src[2] + i);
 182       r[3] ^= aes_block_load (src[3] + i);
 183       for (j = 0; j < rounds - 1; j++)
 184         {
 185           r[0] = vaesmcq_u8 (vaeseq_u8 (r[0], k[j][0]));
 186           r[1] = vaesmcq_u8 (vaeseq_u8 (r[1], k[j][1]));
 187           r[2] = vaesmcq_u8 (vaeseq_u8 (r[2], k[j][2]));
 188           r[3] = vaesmcq_u8 (vaeseq_u8 (r[3], k[j][3]));
 189         }
 190       r[0] = vaeseq_u8 (r[0], k[j][0]) ^ k[rounds][0];
 191       r[1] = vaeseq_u8 (r[1], k[j][1]) ^ k[rounds][1];
 192       r[2] = vaeseq_u8 (r[2], k[j][2]) ^ k[rounds][2];
 193       r[3] = vaeseq_u8 (r[3], k[j][3]) ^ k[rounds][3];
 194       aes_block_store (dst[0] + i, r[0]);
 195       aes_block_store (dst[1] + i, r[1]);
 196       aes_block_store (dst[2] + i, r[2]);
 197       aes_block_store (dst[3] + i, r[3]);
 198 #endif
 199 #endif
 200     }
 201
 202   len -= u32xN_splat (count);
 203
 204   for (i = 0; i < N; i++)
 205     {
 206       src[i] += count;
 207       dst[i] += count;
 208     }
 209
 210   if (n_left > 0)
 211     goto more;
 212
 213   if (!u32xN_is_all_zero (len & placeholder_mask))
 214     goto more;
 215
 216   return n_ops;
 217 }
 218
 219
 220 static_always_inline u32
 221 aes_ops_dec_aes_cbc (vlib_main_t * vm, vnet_crypto_op_t * ops[],
 222                      u32 n_ops, aes_key_size_t ks)
 223 {
 224   crypto_native_main_t *cm = &crypto_native_main;
 225   int rounds = AES_KEY_ROUNDS (ks);
 226   vnet_crypto_op_t *op = ops[0];
 227   aes_cbc_key_data_t *kd = (aes_cbc_key_data_t *) cm->key_data[op->key_index];
 228   u32 n_left = n_ops;
 229
 230   ASSERT (n_ops >= 1);
 231
 232 decrypt:
 233 #if defined(__VAES__) && defined(__AVX512F__)
 234   aes4_cbc_dec (kd->decrypt_key, (u8x64u *) op->src, (u8x64u *) op->dst,
 235                 (u8x16u *) op->iv, op->len, rounds);
 236 #elif defined(__VAES__)
 237   aes2_cbc_dec (kd->decrypt_key, (u8x32u *) op->src, (u8x32u *) op->dst,
 238                 (u8x16u *) op->iv, op->len, rounds);
 239 #else
 240   aes_cbc_dec (kd->decrypt_key, (u8x16u *) op->src, (u8x16u *) op->dst,
 241                (u8x16u *) op->iv, op->len, rounds);
 242 #endif
 243   op->status = VNET_CRYPTO_OP_STATUS_COMPLETED;
 244
 245   if (--n_left)
 246     {
 247       op += 1;
 248       kd = (aes_cbc_key_data_t *) cm->key_data[op->key_index];
 249       goto decrypt;
 250     }
 251
 252   return n_ops;
 253 }
 254
 255 #define foreach_aes_cbc_handler_type _(128) _(192) _(256)
 256
 257 #define _(x) \
 258 static u32 aes_ops_dec_aes_cbc_##x \
 259 (vlib_main_t * vm, vnet_crypto_op_t * ops[], u32 n_ops) \
 260 { return aes_ops_dec_aes_cbc (vm, ops, n_ops, AES_KEY_##x); } \
 261 static u32 aes_ops_enc_aes_cbc_##x \
 262 (vlib_main_t * vm, vnet_crypto_op_t * ops[], u32 n_ops) \
 263 { return aes_ops_enc_aes_cbc (vm, ops, n_ops, AES_KEY_##x); } \
 264
 265 foreach_aes_cbc_handler_type;
 266 #undef _
 267
 268 static void *
 269 aes_cbc_key_exp_128 (vnet_crypto_key_t *key)
 270 {
 271   aes_cbc_key_data_t *kd;
 272   kd = clib_mem_alloc_aligned (sizeof (*kd), CLIB_CACHE_LINE_BYTES);
 273   clib_aes128_cbc_key_expand (kd, key->data);
 274   return kd;
 275 }
 276
 277 static void *
 278 aes_cbc_key_exp_192 (vnet_crypto_key_t *key)
 279 {
 280   aes_cbc_key_data_t *kd;
 281   kd = clib_mem_alloc_aligned (sizeof (*kd), CLIB_CACHE_LINE_BYTES);
 282   clib_aes192_cbc_key_expand (kd, key->data);
 283   return kd;
 284 }
 285
 286 static void *
 287 aes_cbc_key_exp_256 (vnet_crypto_key_t *key)
 288 {
 289   aes_cbc_key_data_t *kd;
 290   kd = clib_mem_alloc_aligned (sizeof (*kd), CLIB_CACHE_LINE_BYTES);
 291   clib_aes256_cbc_key_expand (kd, key->data);
 292   return kd;
 293 }
 294
 295 #include <fcntl.h>
 296
 297 clib_error_t *
 298 #if defined(__VAES__) && defined(__AVX512F__)
 299 crypto_native_aes_cbc_init_icl (vlib_main_t *vm)
 300 #elif defined(__VAES__)
 301 crypto_native_aes_cbc_init_adl (vlib_main_t *vm)
 302 #elif __AVX512F__
 303 crypto_native_aes_cbc_init_skx (vlib_main_t * vm)
 304 #elif __aarch64__
 305 crypto_native_aes_cbc_init_neon (vlib_main_t * vm)
 306 #elif __AVX2__
 307 crypto_native_aes_cbc_init_hsw (vlib_main_t * vm)
 308 #else
 309 crypto_native_aes_cbc_init_slm (vlib_main_t * vm)
 310 #endif
 311 {
 312   crypto_native_main_t *cm = &crypto_native_main;
 313
 314 #define _(x) \
 315   vnet_crypto_register_ops_handler (vm, cm->crypto_engine_index, \
 316                                     VNET_CRYPTO_OP_AES_##x##_CBC_ENC, \
 317                                     aes_ops_enc_aes_cbc_##x); \
 318   vnet_crypto_register_ops_handler (vm, cm->crypto_engine_index, \
 319                                     VNET_CRYPTO_OP_AES_##x##_CBC_DEC, \
 320                                     aes_ops_dec_aes_cbc_##x); \
 321   cm->key_fn[VNET_CRYPTO_ALG_AES_##x##_CBC] = aes_cbc_key_exp_##x;
 322   foreach_aes_cbc_handler_type;
 323 #undef _
 324
 325   return 0;
 326 }
 327
 328 /*
 329  * fd.io coding-style-patch-verification: ON
 330  *
 331  * Local Variables:
 332  * eval: (c-set-style "gnu")
 333  * End:
 334  */